液压机无法压碎什么？力、压力和材料极限的物理学

原则上，液压机可以压碎任何东西，只要它能施加超过物体承受能力的压力。然而，有些物体要么会损坏压机本身，要么在传统意义上无法被“压碎”。例如，一个由工业金刚石制成的球体很可能会击碎压机的钢压板，而不可压缩流体则会简单地从压力下流走。

问题不在于找到一个“不可压碎”的物体，而在于理解压机本身的局限性。当物体的抗压强度超过压机所能产生的压力时，或者当其物理状态（如液体）不允许发生压缩性破坏时，物体就会抵抗被压碎。

“压碎”的物理学

要理解压机无法压碎什么，我们首先必须定义“压碎”的含义。这是一场压机施加的压力与材料抵抗该压力的能力之间的较量。

液压机产生巨大的力。然而，导致物体失效的是压力——施加在特定面积上的力。

可以这样想：一个人的体重（力）在平躺在地面上时是均匀分布的。但同样的力集中在一个细高跟鞋的尖端（一个微小的面积）上时，会产生巨大的压力。液压机的工作原理相同，将巨大的力集中到物体上。

每种材料都有一种称为抗压强度的特性。这是它在变形或断裂之前所能承受的最大压力。

当压机施加的压力超过物体的抗压强度时，物体就会失效。对于混凝土等脆性材料，这意味着破碎。对于铅等韧性材料，这意味着变形和挤压。

物体之所以能“战胜”液压机，并不是因为它神奇地坚不可摧，而是因为它利用了物理学和压机自身设计的局限性。

液压机的部件，特别是与物体接触的钢板（压板或砧板），有其自身的抗压强度。

如果您将一个抗压强度高于硬化钢的物体放在压板之间，压机将首先失效。高质量的工业金刚石或一块碳化钨很可能会在自身破裂之前，先使钢压板开裂、破碎或永久凹陷。

在非密封环境中，您无法“压碎”液体或气体。一池未受限制的水或液压油（讽刺的是，这正是驱动压机的液体）无法被压碎。

压机只会挤压液体，迫使其流出并远离压力。液体基本保持不变。一堆沙子也是如此；单个沙粒很硬，但压机的能量用于移动沙粒，而不是压碎它们。

一个引人入胜的思想实验是让两台液压机相互对抗。如果您将一个小型密封液压缸放入一个大型压机内，您就是在用液压对抗液压。

当大型压机压缩小型液压缸时，根据帕斯卡原理，小型液压缸内部的压力将急剧升高。这种内部压力将反作用于大型压机，可能导致僵局或使较小、较弱的液压缸失效并泄漏。

对物体的关注往往是错误的。真正的局限性在于机器本身。

压机的强度取决于其最薄弱的环节。在大多数情况下，这是与物体接触的表面。即使是数吨重的压机，如果其钢压板被一个小型超硬物体损坏，也会变得毫无用处。

物体的形状极大地影响它如何承受力。实心块很容易被压碎。然而，拱形或球形天生就是为了将压缩力向外重新导向。

虽然压机最终会压碎这些形状，但它们的几何形状提供的抵抗力远大于其材料本身的抗压强度。

除了灾难性的结构失效之外，压机还可能以一种更平庸的方式“失败”：泄漏。液压系统依赖一系列复杂的密封件和垫圈来在极端压力下容纳流体。

将压机推到其设计极限之外，可能会导致这些密封件在钢架破裂之前就爆裂。压机失去所有力，而物体则毫发无损地幸存下来。

与其问什么是不可压碎的，不如问不同的材料如何应对巨大的压力。

如果您的主要目标是找到一种会损坏压机的材料：寻找任何抗压强度和硬度显著高于硬化钢的材料，例如工业金刚石、氮化硼或碳化钨。
如果您的主要目标是找到一个不会“破碎”的物体：您正在寻找非固体材料。一个密封的不可压缩流体（如水或油）容器将抵抗压碎，直到容器本身失效。
如果您的主要目标是测试理论极限：考虑那些已经处于极端压缩状态的物体。理论上，您无法压碎由中子星物质制成的物体，因为它是已知物理学中最致密、最耐压的物质之一。

理解力、压力和材料科学这些核心原理，远比仅仅知道一份“不可压碎”物品清单更有用。